核電常規島汽輪機基礎結構綜述

潘冠旭

中圖分類號：TM623 文獻標識：A 文章編號：1674-1145（2020）02-116-01

摘 要 彈簧隔振基礎是當前大型核電汽機輪的主要形式，國內的各大廠家都有其身影，在工程當中利用彈簧隔振基礎顯示，可以發揮出氣機輪的主要優點。本文在介紹了當前汽機輪基礎設計的特點和常見基礎形式之上分析了汽機輪三種形式的特點，并且，綜述了當前國內主要廠家存在的一些優缺點，進行了分析對比，論述了核電常規島汽輪機基礎。

關鍵詞 常規島 汽輪機基礎 結構形式

一、汽輪發電機組基礎動力分析概述

汽機基礎動力特性的設計方法主要包括公證法和政府法兩種公正法制進行自由振動分析，因此工作人員需要在計算自振頻率時，避開工作轉速和臨界轉速的影響，也就是所謂的頻率控制。政府法在進行自由振動分析的基礎上，還必須進行強迫振動分析，計算出的振動速度和振動線位移，必須在規定范圍之內，也就是所謂的政府控制。強迫振動的計算方法包括兩種，一種是真強迫振動分析，另一種是使用等效載荷的虛擬強迫振動分析。在結構動力學方程的基礎上，真實受迫振動的分析需要給出作用于結構上的擾動力系統的阻尼盒。允許振動線的位移，這三個要素確定之后，工作人員才可以進行真強迫振動分析，然而，目前關于振動線路允許位移范圍的規定在各國之間差異很大，不僅在數量上，而且在控制位置上也是如此。如果明確規定了控制基礎振動，則計算基礎連接點和控制軸承的振幅，如果沒有規定振動，則應該計算控制軸承蓋的振幅[1]。

二、汽機基礎的結構形式

絕大多數的大容量機組的汽機房都分為三層，底層比廠房的一平均標高略高，是主要的輔助設備層，其中主要布置有凝結水泵和凝汽器的中間層鋪有大量管道，并且布置了一些小型設備，轉運層一般都是大平臺布置的形式，主要放置了汽輪發電機組和其他的主要設備，并且有充足的空間可以供檢修人員進行設備檢修。當前國際上兩種主要的汽機基礎的設計理念是美國的理念和歐洲的理念。美國的理念用大質量減小震動，因此美國基礎的基礎都比較大，立柱經常做到三米甚至14米。歐洲的理念則利用了彈簧隔振基礎進行調頻，在這種模式之下，系統的垂直固有頻率可以從原先的15～20赫茲降低到3～4赫茲，系統的固有頻率和機器的工作頻率之間的差值拉大彈簧隔振器，同時也起到了隔震和減震的效果。除此之外社會上還有一種在剛性基礎和彈簧隔振基礎之間的柔性基礎，但是當前并沒有應用到核電基礎領域當中，而被使用于常規火電百萬機組當中。

（一）剛性基礎

汽輪發電機坐落于基礎底板之上，而基礎頂板則主要由鋼筋混凝土墻支撐，鋼筋混凝土框架式基礎的剛性較大，因此這種基礎模式被稱為剛性基礎。胖柱背板的結構形式可以增加基礎的剛度和固有頻率，但其地震響應遠大于彈性基礎。剛性基礎主要用于美國及其盟國，例如日本核電站利用了24臺剛信息基礎。當前我國有大量的100瓦等級的基礎工程，例如周線，寧海，泰州，北疆，外高橋和玉環的都采用了鋼筋混凝土剛性框架是基礎，而新建的AP1000核電廠，例如廣東陸豐，山東海陽和浙江三門的，都是用的哈汽引進的日本三菱機型，常規剛性框架式基礎[2]。

（二）柔性基礎

與剛性基礎相比，柔性基礎具有較小的截面和較低的剛度。汽輪發電機廠1000m w機組的汽輪機均采用典型的歐洲柔性基礎。橫截面結構比剛性基礎的橫截面結構更小、更小。它受到許多制造商的限制，不太可能進一步優化。

（三）彈簧隔振基礎

彈簧隔振基礎是在傳統柔性基礎的基礎之上增加了彈簧，這進一步提高了柔線，當前絕大多數新建的大容量核電機組都采用了彈簧隔振基礎，目前國內主要有2×1千兆瓦到田灣核電站和一些1000兆瓦等級的，例如贏得紅沿河，方家山，陽江核電廠都采用了彈簧隔振基礎[3]。田灣核電站的3號和4號機組利用了哈汽的汽輪發電機組及機型，與海陽的AP1000汽輪機基本相似，但其中采用了彈簧隔振基礎設計。彈簧隔振基礎主要有以下幾個特點：

1.彈簧基礎將汽輪機和下部基礎，利用了隔震方案進行分離，因此柱子主要承受的是上部結構的靜力荷載，因而梁柱截面較小，有利于工藝布置。

2.彈簧基礎與剛性基礎相比，抗震效能較好，可以減小臺板的加速度響應，但其位移程度更大，因此工作人員在進行管道連接時，必須考慮到出現地震后管道的位移差。

3.工作人員可以調整彈簧的高度，避開機組的自振頻率。

4.彈簧隔振基礎，還可以調節地基的不均衡沉降問題。

5.彈簧隔振基礎的設計，需要隔振廠家和汽輪機廠家協商進行合作。

三、結語

彈簧隔振方案應用于汽輪機基礎之上，既可以降低機組的自振頻率與基礎固定頻率耦合，產生共振的風險，從而具有更好的抗震性能，又可以避雨，土建結構和工藝布置，調節廠房地基的不均勻沉降問題。與傳統的固定基礎相比，彈性基礎的投資成本略低，因此核電工程的大容量半速汽輪機和發電機組利用彈性基礎，既可以提高生產效率，又可以降低投資基礎，因此這種結合模式，已經成為業內技術發展的未來方向。彈簧隔振基礎已經被廣泛應用于大型核電汽輪機之上，并且各個廠家的實踐結果，也證明了這種結合模式，確實具有較好的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]王學民.核電常規島汽輪機基礎結構綜述[J].山西建筑，2018，44（27）：53-55.

[2].東方電氣自主研制的“華龍一號”核電常規島汽輪機主機設備研制完成[J].東方電氣評論，2018，32（02）：83.

[3]李杰.論述核電常規島汽輪機運轉層定制化管理及防異物[J].中小企業管理與科技（中旬刊），2018（06）：29-31.